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核融合炉、核分裂炉を含む原子力工学分野、またがん治療などを含む中性子工学分野において、コンパクトかつ安定性の高い中性子・ガンマ線遮蔽材が望まれている。中性子遮蔽材として高い水素密度をもつ金属水素化物が候補となっているが、金属水素化物は非常に脆いこと、また高温で水素を放出してしまうことが課題であり、このため強度や水素保持能の向上、また除熱のため熱伝導率の改善などが望まれていた。本研究では水素化物を形成しない元素を加えた合金を水素化し、相分離させ組織を調整することで、これら特性の改善を試みた。
金属水素化物のなかで比較的熱的安定性が高く、また水素密度も高いジルコニウムおよびチタンの水素化物を母材として、これにタングステンなどの水素化物を形成しない元素を加え、水素化温度等を変化させることで組織を調整した。平成31年度はクロムの添加を行い、水素化後に各種特性を評価した。ジルコニウムにクロムを添加した系では、ジルコニウム水素化物粒をクロム化合物相が包み込む組織を呈し、これにより著しく靭性が向上したほか、熱伝導率の改善が見られた。また水素放出温度も100℃近く向上し、中性子遮蔽材として必要な機能を全て向上させることができたといえる。核融合炉用の中性子遮蔽材としては、現在タングステン化合物などが検討されている。作製した金属水素化物を基材とした遮蔽材は、比較的安価で軽量、かつ高い中性子遮蔽能を有しており、こうした遮蔽材への適用が期待できる。
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